Question

在學(xué)校創(chuàng)新比賽中，小亮同學(xué)設(shè)計(jì)了一個多檔位的電熱水器。圖甲所示是他設(shè)計(jì)的電熱水器的工作電路圖，R₁和R₂是兩根電熱絲。他設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)開關(guān)如圖乙所示，旋轉(zhuǎn)開關(guān)內(nèi)有一塊絕緣圓盤，在圓盤的邊緣依次有共10個金屬觸點(diǎn)（在圖乙中用“○”表示，“○”中標(biāo)有1、2、3、4編號，編號相同的觸點(diǎn)用導(dǎo)線連接）�？梢岳@中心軸轉(zhuǎn)動的開關(guān)旋鈕兩端各有一個金屬滑片，轉(zhuǎn)動開關(guān)旋鈕可以將相鄰的觸點(diǎn)連接。例如，圖乙中，旋鈕上的箭頭指向圖中位置D，此時，金屬滑片將1、2兩觸點(diǎn)接通，同時另一端也將3、4兩觸點(diǎn)接通。當(dāng)旋鈕上的箭頭指向A、B、C、D不同位置時，可以實(shí)現(xiàn)四檔加熱功率。他設(shè)計(jì)的四檔加熱功率如下表所示：

溫度檔位	高溫	中溫2	中溫1	低溫
加熱功率/W	1100	660	440	264

1．如果要實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)開關(guān)沿某個方向轉(zhuǎn)動時，加熱功率依次遞減或遞增，通過計(jì)算，分析說明電熱絲R₁和R₂的阻值應(yīng)該分別為多大?旋鈕上的箭頭指向A、B、C、D不同位置時，分別對應(yīng)哪一檔加熱功率？

2．小亮根據(jù)計(jì)算結(jié)果，借助電池組、電壓表和電流表分別截取了電阻大小符合要求的兩根電熱絲，并按電路圖連接好。經(jīng)檢查無誤后，小亮將電熱器接入家庭電路，同時借助電能表和手表測量電熱器在不同檔位工作時實(shí)際消耗的電功率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)每一檔的實(shí)際功率均小于按照電熱絲電阻值計(jì)算的結(jié)果，測量后發(fā)現(xiàn)電源電壓為220V．請簡單解釋產(chǎn)生這種偏差的原因。

3．使用中他發(fā)現(xiàn)水溫開始升高較快，后來水溫升高越來越慢，最后甚至?xí)�保持某個溫度不再升高，此時水并沒有沸騰。并且選擇加熱檔位功率越小，水能夠達(dá)到的最高溫度越低，這是為什么？

Answer 1

1、D：P₁＝1100W，C：P₂=660W，B：P₃=440W，A：P₄=264W

2、電熱絲的電阻會隨溫度而變化。在借助電池組、電壓表和電流表截取一定阻值的電熱絲時，電熱絲消耗的功率很小，一定時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量少，故溫度低，此時電阻��；當(dāng)電熱絲接入家庭電路工作時，消耗的電功率較大，一定時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量多，溫度升高顯著，電阻變大明顯：由公式P＝U²/R可知，此時消耗的電功率比測得的電阻計(jì)算的電功率要小一些。

3、電熱器在給水加熱時。由于水在吸熱的同時還在散熱（向空氣傳遞熱量、蒸發(fā)吸熱），并且隨著水溫的升高，水溫與環(huán)境溫度差增大，熱傳遞的速度加快、水蒸發(fā)時吸熱的速度也加快，導(dǎo)致水的溫度升高減慢；當(dāng)散失熱量與從電熱絲吸收到的熱量平衡時，水溫就不再升高了

加熱功率越小，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越少，達(dá)到上述平衡時與環(huán)境的溫差越小，所以水能達(dá)到的最高溫度越低。

目的：綜合運(yùn)用電學(xué)與熱學(xué)等知識實(shí)際問題。